CN111609036A - 一种磁流体轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磁流体轴承，属于机械零部件设备领域。装置中在轴承内圈内部且靠近正中间的位置设置一环形空腔，并且通过数个均匀排列的连通孔与磁流体所处的磁流体间隙相连通，由于中间的工作件转轴旋转时会带动与其接触的磁流体旋转，从而使中间区域靠近环形空腔的部分磁流体受离心力作用通过连通孔流向环形空腔，并沿着环形空腔流动，从而促使间隙外侧区域的磁流体具有向中间区域流动，避免两侧的磁流体向外移动，并且轴承外圈的内侧壁且位于轴承内圈的上下两端位置分别设有涡轮风扇，当转轴转动时，使涡轮扇叶附近的空气向磁流体间隙和轴承内圈方向流动，一方面起到散热作用，另一方面阻止内部的磁流体向外移动，达到预防泄漏的效果。

Description

一种磁流体轴承
技术领域
本发明属于机械零部件设备领域，具体涉及轴承类的一种磁流体轴承。
背景技术
磁流体又称磁性液体、铁磁流体或磁液，是一种新型的功能材料，它既具有液体的流动性又具有固体磁性材料的磁性。是由直径为纳米量级（10纳米以下）的磁性固体颗粒、基载液（也叫媒体）以及界面活性剂三者混合而成的一种稳定的胶状液体。该流体在静态时无磁性吸引力，当外加磁场作用时，才表现出磁性，正因如此，它才在实际中有着广泛的应用，在理论上具有很高的学术价值。用纳米金属及合金粉末生产的磁流体性能优异，可广泛应用于各种苛刻条件的磁性流体密封、减震、医疗器械、声音调节、光显示、磁流体选矿等领域。
磁流体轴承用导电流体作润滑剂并有外加磁场的滑动轴承。磁流体轴承是20世纪60年代配合核动力设备而发展起来的新型轴承。磁流体轴承是以导电流体作润滑剂并有外加磁场的滑动轴承。磁场方向垂直于导电流体的流动方向，流体在磁场的作用下产生感生电流。感生电流与磁场相互作用产生的洛伦兹力对流体运动起阻滞作用从而使流体的等效粘度成倍增加。所以磁流体轴承的承载能力比普通流体润滑轴承的要高得多。
磁流体既有磁性材料和流体的双重特性，又具有利用磁场控制流变性、热物理性和光学性能的能力。此外，当无外加磁场时，磁流体宏观上不表现磁性；有外加磁场时，其表现为超顺磁性，同时在一定范围内，其黏度随着磁场强度的增强而变大。磁流体润滑滑动轴承，就是以加入了磁性固体颗粒的载液(即磁流体)作为润滑介质进行润滑的轴承。在载液实现与普通润滑油相同的润滑效果的同时，在有外加磁场作用时，以磁流体为油膜的粘度增大，与轴承径向对应的阻尼随之增大，起到减振的作用。
磁流体材料既具有液体的流动性又具有固体磁性材料，可应用于多种领域中；传统的滑动轴承较滚珠轴承相比其荷载力更大，但由于其内起到润滑作用的油脂很容易泄漏损耗，使轴与轴承发生干摩擦，损伤较大，所以一般用于低转速承载；而使用磁流体作为接触润滑介质的磁流体轴承，其中的磁流体受环形永磁体的磁场作用，在每块环形永磁体的两端位置对应的轴承内套的内表面和转动轴之间的间隙中形成由磁流体组成的环形液体“O”形圈，由于这一“O”形圈的存在，使得滑动轴承的润滑表面上始终具有充分均匀的润滑介质，该“O”形圈不仅能实现润滑作用，由于受磁场强度作用使其具有滞留性常温下不易发生泄漏，但是当长时间运转，摩擦体之间必然会产生热量并在组件间传导，一方面影响磁场的强度大小，另一方面由于热胀会使转轴和轴承之间的间隙扩大，使得其中的磁流体更容易发生自由流动和泄漏，影响轴承后续的传动效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：为了更进一步提高磁流体轴承中磁流体的防泄漏效果，提出一种磁流体轴承。
为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：
一种磁流体轴承，包括轴承外圈、轴承内圈和环形永磁体；所述轴承内圈的内侧壁与待承载转轴滑动配合，所述轴承内圈与转轴之间为填充磁流体的磁流体间隙，所述轴承内圈的内部并且位于正中间位置处设有竖直的环形空腔，并且所述环形空腔与中间的磁流体间隙之间围绕轴承内圈的中心设有均匀排列的数个连通孔，所述轴承外圈固定连接在轴承内圈的外侧表面上，所述轴承外圈长度大于轴承内圈的长度，所述轴承外圈的内侧壁并且位于轴承内圈的上、下两端分别固定连接有环形的第二涡轮风扇和第一涡轮风扇。
优选的，所述连通孔沿着轴承内圈的中心轴方向设置在三个水平面上。
优选的，所述第一、二涡轮风扇、呈对称分布。
优选的，所述环形永磁铁固定连接在轴承外圈上并且贴近轴承内圈外表面的位置处，所述三个环形永磁铁沿着与对应的磁流体间隙的纵向由上而下排列设置。
优选的，所述环形永磁铁之间间隔处固定连接有永磁体隔圈。
优选的，所述永磁体隔圈采用非导磁材料制作。
优选的，所述第一涡轮风扇中的扇叶向外沿与转轴旋转方向相反处倾斜。
优选的，所述第二涡轮风扇中的扇叶向外沿与转轴旋转方向相反处倾斜。
优选的，所述轴承内圈采用黄铜非磁性合金材料制作。
优选的，所述磁流体间隙的正中间并且靠近环形空腔的区域为间隙中间区域，所述磁流体间隙的上下两端靠近间隙外为间隙外侧区域。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
装置中在轴承内圈内部且靠近正中间的位置设置一环形空腔，并且通过数个均匀排列的连通孔与磁流体所处的磁流体间隙相连通，由于中间的工作件转轴旋转时会带动与其接触的磁流体旋转，从而使中间区域靠近环形空腔的部分磁流体受离心力作用通过连通孔流向环形空腔，并沿着环形空腔流动，从而促使间隙外侧区域的磁流体具有向中间区域流动，避免两侧的磁流体向外移动，并且轴承外圈的内侧壁且位于轴承内圈的上下两端位置分别设有涡轮风扇，当转轴转动时，使涡轮扇叶附近的空气向磁流体间隙和轴承内圈方向流动，一方面起到散热作用，另一方面阻止内部的磁流体向外移动，达到预防泄漏的效果。
附图说明
图1为本发明装置的纵向剖切结构示意图；
图2为图1本发明装置的俯视图；
图3为沿图1中A-A水平方向的剖视图；
1、轴承外圈；2、轴承内圈；3、磁流体间隙；301、间隙外侧区域；302、间隙中间区域；4、连通孔；5、环形空腔；6、环形永磁体；7、永磁体隔圈；8、第一涡轮风扇；9、第二涡轮风扇；10、转轴。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。
如图1~3所示的一种磁流体轴承，包括轴承外圈1、轴承内圈2和环形永磁体6；所述轴承内圈2的内侧壁与待承载转轴10滑动配合，使转轴10可在轴承中间旋转，所述轴承内圈2与转轴10之间为填充磁流体的磁流体间隙3，用于存放润滑介质磁流体，所述轴承内圈2的内部并且位于正中间位置处设有竖直的环形空腔5，并且所述环形空腔5与中间的磁流体间隙3之间围绕轴承内圈2的中心设有均匀排列的数个连通孔4，这样当磁流体间隙3中靠近中间的间隙中间区域302的磁流体被旋转的转轴10接触带动流动时，由于受离心力作用会从各个连通孔4流入到径向的环形空腔5中，所述轴承外圈1固定连接在轴承内圈2的外侧表面上，所述轴承外圈1长度大于轴承内圈2的长度，所述轴承外圈1的内侧壁并且位于轴承内圈2的上、下两端分别固定连接有环形的第二涡轮风扇9和第一涡轮风扇8，用于带动空气流动起到散热效果，并且使空气向磁流体间隙3中流动，起到一定的阻挡磁流体向外流动的效果。
其中，所述连通孔4沿着轴承内圈2的中心轴方向设置在三个水平面上，这样可提高磁流体的流通量。
其中，所述第一、二涡轮风扇8、9呈对称分布，这样当转轴10旋转时可使两端的涡轮扇叶附近空气向中间流动。
其中，所述环形永磁铁6固定连接在轴承外圈1上并且贴近轴承内圈2外表面的位置处，所述三个环形永磁铁6沿着与对应的磁流体间隙3的纵向由上而下排列设置。
其中，所述环形永磁铁6之间间隔处固定连接有永磁体隔圈7。
其中，所述永磁体隔圈7采用非导磁材料制作。
如图2所示，所述第一涡轮风扇8中的扇叶向外沿与转轴10旋转方向相反处倾斜。
其中，所述第二涡轮风扇9中的扇叶向外沿与转轴10旋转方向相反处倾斜。
其中，所述轴承内圈2采用黄铜非磁性合金材料制作，一方面便于导热散热，另一方面防止影响到外端的环形永磁体6的磁场方向。
其中，所述磁流体间隙3的正中间并且靠近环形空腔5的区域为间隙中间区域302，所述磁流体间隙3的上下两端靠近间隙外为间隙外侧区域301，传统的磁流体轴承在对工作的转轴10承载时，快速旋转的转轴10会带动其中的磁流体流动，使其有向上下两端轴向移动的趋势，本发明通过在径向设置一环形空腔5，使磁流体受转动离心力流向环形空腔5中，从而带动上下两端处于间隙外侧区域的磁流体向间隙中间区域流动。
以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。

Claims (10)

1.一种磁流体轴承，包括轴承外圈（1）、轴承内圈（2）和环形永磁体（6），其特征在于，所述轴承内圈（2）的内侧壁与待承载转轴（10）滑动配合，所述轴承内圈（2）与转轴（10）之间为填充磁流体的磁流体间隙（3），所述轴承内圈（2）的内部并且位于正中间位置处设有竖直的环形空腔（5），并且所述环形空腔（5）与中间的磁流体间隙（3）之间围绕轴承内圈（2）的中心设有均匀排列的数个连通孔（4），所述轴承外圈（1）固定连接在轴承内圈（2）的外侧表面上，所述轴承外圈（1）长度大于轴承内圈（2）的长度，所述轴承外圈（1）的内侧壁并且位于轴承内圈（2）的上、下两端分别固定连接有环形的第二涡轮风扇（9）和第一涡轮风扇（8）。
2.根据权利要求1所述的一种磁流体轴承，其特征在于，所述连通孔（4）沿着轴承内圈（2）的中心轴方向设置在三个水平面上。
3.根据权利要求1所述的一种磁流体轴承，其特征在于，所述第一、二涡轮风扇（8）、（9）呈对称分布。
4.根据权利要求1所述的一种磁流体轴承，其特征在于，所述环形永磁铁（6）固定连接在轴承外圈（1）上并且贴近轴承内圈（2）外表面的位置处，所述三个环形永磁铁（6）沿着与对应的磁流体间隙（3）的纵向由上而下排列设置。
5.根据权利要求4所述的一种磁流体轴承，其特征在于，所述环形永磁铁（6）之间间隔处固定连接有永磁体隔圈（7）。
6.根据权利要求5所述的一种磁流体轴承，其特征在于，所述永磁体隔圈（7）采用非导磁材料制作。
7.根据权利要求1所述的一种磁流体轴承，其特征在于，所述第一涡轮风扇（8）中的扇叶向外沿与转轴（10）旋转方向相反处倾斜。
8.根据权利要求1所述的一种磁流体轴承，其特征在于，所述第二涡轮风扇（9）中的扇叶向外沿与转轴（10）旋转方向相反处倾斜。
9.根据权利要求1所述的一种磁流体轴承，其特征在于，所述轴承内圈（2）采用黄铜非磁性合金材料制作。
10.根据权利要求1所述的一种磁流体轴承，其特征在于，所述磁流体间隙（3）的正中间并且靠近环形空腔（5）的区域为间隙中间区域（302），所述磁流体间隙（3）的上下两端靠近间隙外为间隙外侧区域（301）。
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